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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Sender mit einer Gruppenantenne,
die aus einer Anzahl von Antennenelementen besteht.
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Ein
herkömmlicher
Sender weist eine Gruppenantenne auf, die aus einer Anzahl von Antennenelementen
besteht. Solch ein Sender wird als Antennengruppensender bezeichnet,
der in einem zellulären
mobilen Kommunikationssystem benutzt werden kann. Der Antennengruppensender
bildet ein Richtungsmuster, durch das eine maximale Sendeverstärkung hinsichtlich
einer Ankunftsrichtung eines gewünschten
Signals oder eines Empfangssignals erhalten wird, um den Antennensender
vor Interferenz während
des Sendens zu schützen.
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Bei
einem herkömmlichen
Antennengruppensender sind die Antennenelemente kreisförmig angeordnet,
um das Richtungsmuster der Sendeverstärkung zu bilden, die fast gleichförmig in
jeder Richtung ist. Wie später
beschrieben wird, ist es demzufolge schwierig, eine hohe Sendeverstärkung zu
erhalten, die proportional zu der Anzahl der Antennenelemente ist.
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In
der GB-2325785 A wird eine Antennenvorrichtung zur Richtungssteuerung
für ein
mobiles Kommunikationssystem offenbart. Es enthält lineare Gruppenantennen,
die in einem Polygon mit M Seiten mit N Antennenelementen angeordnet
sind.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Antennengruppensender
bereitzustellen, der eine hohe Sendeverstärkung erreichen kann, die proportional
zu der Anzahl der Antennenelemente ist.
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Andere
Aufgaben der Erfindung werden im Verlauf der Beschreibung verständlich.
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Entsprechend
der Erfindung wird ein Antennengruppensender bereitgestellt, der
aufweist (A) eine Gruppenantenne mit einem Polygon mit M Seiten,
wobei jeweils M Sektoren auf den Seiten angeordnet sind, wobei N
Antennenelemente auf jedem der M Sektoren linear angeordnet sind,
wobei M eine positive ganze Zahl nicht kleiner als 3 und N eine
positive ganze Zahl nicht kleiner als 1 ist, (B) Sendeantennengewichtungsmittel
zur Erzeugung von Sendeantennengewichtungen für jeweils M Sektoren in Übereinstimmung
mit einer Eingabeinformation für eine
abgeschätzte
Ankunftsrichtung eines Empfangssignals, und (C) M adaptive Sendemittel,
denen Sendesignale für
entsprechende Nutzer und entsprechende Sendeantennengewichtungen
zugeführt
werden, um die N Antennensendesignale dem entsprechenden der Antennenelemente
zuzuführen,
wobei die N Antennensendesignale benutzt werden, die gewünschten
Wellensignale mit Richtungsmustern mit Verstärkung in die Richtung der Nutzer
zu senden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm eines herkömmlichen
Antennengruppensenders;
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2 ist
ein Blockdiagramm eines adaptiven Sendeabschnittes, der in dem in 1 dargestellten Antennengruppensender
benutzt wird;
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3 ist
ein Blockdiagramm eines Antennengruppensenders nach einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung; und
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4 ist
ein Blockdiagramm eines adaptiven Sendeabschnittes, der in dem in 3 dargestellten Antennengruppensender
benutzt wird.
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Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Für ein besseres
Verständnis
der Erfindung wird unter Bezug auf 1 zuerst
ein herkömmlicher Antennengruppensender
beschrieben. Der dargestellte Antennengruppensender kann Vielfachzugriff durch
Kodetrennung (CDMA) benutzen. Der Antennengruppensender enthält einen
Sendegewichtungs-Erzeugungsabschnitt 108, einen adaptiven Sendeabschnitt 109 und
einen Sendeantennenabschnitt 110 mit Antennenelementen 111–1 bis 111–N , die
kreisförmig
angeordnet sind, wobei N eine positive ganze Zahl nicht kleiner
als 1 ist.
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Der
Sendeantennengewichtungsabschnitt 108 berechnet Sendeantennengewichtungsinformationen
(Steuerungsvektor) WO(t) basierend auf der Ankunftsrichtung
DOST eines abgeschätzten Empfangssignals getrennt,
um ein Richtungsmuster mit einer Verstärkung in der Ankunftsrichtung
des Empfangssignals zu bilden. Dem adaptiven Sendeabschnitt 109 werden
die Sendeantennengewichtungsinformationen WO(t) und
ein Benutzersendesignal SOTX zugeführt, um
Antennensendesignale SO–1 bis SO–N zu
erzeugen. Der Sendeantennenabschnitt 110 enthält Antennenelement 111–1 bis 111–N ,
die ringförmig
angeordnet sind. Das Richtvermögen
innerhalb einer horizontalen Ebene von jedem Antennenelement 111–1 bis 111–N unterliegt
keinen Beschränkungen.
Die Beispiele enthalten Rundstrahlantennen und Dipolantennen und
dergleichen.
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Die
Antennensendesignale SO–1 bis SO–N werden
dem Sendeantennenabschnitt 110 zugeführt. Der Sendeantennenabschnitt 110 führt die
Sendung mittels der Antennenelement 111–1 bis 111–N aus,
die nahe zueinander angeordnet sind, so dass jedes Signal, das von
den Antennen gesendet wird, Korrelationen aufweist. Während der
Sendeantennenabschnitt 110 mit den Antennenelementen 111–1 bis 111–N sendet,
wird auf eine analoge Weise in dem Funkfrequenzband eine Bearbeitung
durchgeführt. Daher
werden die An tennensendesignale SO–1 bis SO–N von
dem Basisband in das Funkfrequenzband umgewandelt und einer Digital/Analog-Umwandlung unterworfen.
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Unter
Bezug auf 2 enthält der adaptive Sendeabschnitt 109 einen
Sendegewichtungsabschnitt 105 und Spreizabschnitte 107–1 bis 107–N . Dem
adaptiven Sendeabschnitt 109 werden die Sendeantennengewichtungsinformationen
W(t) und das Benutzersendesignal SOTX zugeführt,
das von einem externen Abschnitt eingegeben wird, um die Antennensendesignale
SO–1 bis
SO–N zu
erzeugen. Der Sendegewichtungsabschnitt 105 enthält komplexe Multiplikationsabschnitte 106–1 bis 106N . Der Sendegewichtungsabschnitt 105 multipliziert
das Sendesignal SOTX mit den Sendeantennengewichtungsinformationen
W(t) (WOt–1 bis
WOt–N),
um ein Signal mit einem vorbestimmten Senderichtungsmuster zu erzeugen.
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Die
Spreizabschnitte 107–1 bis 107–N spreizen
die Ausgaben der Sendegewichtungsabschnitte 105 mit einem
Spreizkode C0, um die Antennensendesignale
SO–1 bis
SO–N zu
erzeugen. Es sei angenommen, dass der Spreizkode C0 aus
zwei Kodesequenzen C0I und C0Q besteht,
die gegenseitig orthogonal zueinander sind. Die Spreizabschnitte 107–1 bis 107–N können durch
einen einzelnen komplexen Multiplikator und eine Integrationsschaltung über ein Symbolintervall
verwirklicht werden. Weiterhin können
die Spreizabschnitte 107–1 bis 107–N durch
einen transversalen Filteraufbau mit Abgriffgewichtungen des Spreizkodes
C0 verwirklicht werden.
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Der
in 1 dargestellte Antennengruppensender benutzt eine
Antenne mit einer ringförmigen Anordnung
von Antennenelementen beim Bilden eines Richtungsmusters für das Senden.
Daher ist das gebildete Richtungsmuster der Sendeverstärkung nahezu
gleichförmig
in jeder Richtung.
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Bei
dem in 1 dargestellten Antennengruppensender sind die
Antennenelemente kreisförmig
angeordnet, um ein Richtungsmuster der Sendeverstärkung zu
bilden, das nahezu gleichförmig
in jeder Richtung ist. Daher ist die Sendeverstärkung nicht opti miert. Es ist
schwierig, eine hohe Sendeverstärkung
zu erhalten, die proportional zu der Anzahl der Antennenelemente
ist.
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Unter
Bezug auf 3 wird nun ein Antennengruppensender
nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. Bei dem dargestellten Beispiel weist
der Antennengruppensender einen Antennenabschnitt mit einem Polygon mit
M Seitensektoren auf, wobei M eine positive ganze Zahl nicht kleiner
als 3 ist. Die Anzahl der Antennenelemente pro Sektor beträgt N, wobei
N eine positive ganze Zahl nicht kleiner als 1 ist. Der Antennengruppensender
enthält
einen Antennenabschnitt 1, adaptive Sendeabschnitte 3–1 bis 3–M und
einen Sendeantennengewichtungsabschnitt 4.
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Der
Antennenabschnitt 1 ist in Form eines Polygons mit M Seiten
gebildet. Wie oben erwähnt, sind
die Antennenelemente auf den Seitensektoren angeordnet. Ein willkürlicher
m-ter Sektor wird als ein Beispiel in der folgenden Beschreibung
gewählt,
wobei m eine Variable zwischen und einschließlich 1 bis M ist. Der Antennenabschnitt 1 wird
aus Antennenelementen 2–m1 bis 2–mN gebildet,
so dass N Elemente von dem ersten Sektor bis zu dem M-ten Sektor
linear angeordnet sind. Die Antennenelemente 2–m1 bis 2–mN auf
dem m-ten Sektor sind auf solch eine Weise nahe zueinander angeordnet,
dass die Antennensendesignale auf dem m-ten Sektor Korrelationen
aufweisen, um ein Signal zu senden, das durch Kode-Multiplexen eines
gewünschten
Signals mit mehreren Interferenzsignalen erzeugt wurde.
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Es
bestehen keine Beschränkungen
hinsichtlich des Richtvermögens
in der Ebene von jedem Element der Antennenelemente 2–m1 bis 2–mN . Vorzugsweise
sind sie Monopolelemente mit einer Strahlbreite von weniger als
180 Grad. Wenn das Richtvermögen
der Antennenelemente 2–m1 bis 2–mN monopolar
ist, das heißt
die Strahlbreite weniger als 180 Grad beträgt, ist es notwendig, die Antennenelemente 2–m1 bis 2–mN so
anzuordnen, dass das Richtvermögen
außerhalb
des Polygons des Antennenabschnittes 1 gebildet wird. Wenn
das Richtvermögen der
Antennenelemente 2–m1 bis 2–mN so
ist, dass die Strahlbreite anders als monopolar mit einer Strahlbreite
von weniger als 180 Grad (z. B. Rundstrahlelemente und Dipolelemente)
ist, ist es notwendig, ein elektromagnetisches Abschirmmaterial
innerhalb des Polygons M des Antennenabschnitts 1 anzubringen, um
zu verhindern, dass die Antennenelemente 2–m1 bis 2–mN Signale
mit Richtwirkung innerhalb der m-ten Weite (m-ter Sektor) des Polygons
M des Antennenabschnitts senden.
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Wenn
Signale von den Antennenelementen 2–m1 bis 2–mN des
m-ten Sektors des Antennenabschnittes 1 gesendet werden,
werden sie auf analoge Weise in dem Funkfrequenzband bearbeitet,
und so werden die Antennensendesignale SAm1 bis
SAmN von dem Basisband zu dem Funkfrequenzband
frequenzgewandelt. Somit wird eine Umwandlung von Digital zu Analog
durchgeführt.
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Das
Senderichtungsmuster, das für
jeden Sektor gebildet wird, wird beliebig innerhalb eines Sendewinkelbereiches
von 180 Grad vor der Gruppenantenne innerhalb des Sektors gebildet,
indem, wie oben beschrieben, die Antennenelemente angeordnet werden.
In diesem Fall beträgt
der Sendewinkelbereich 180 Grad, ungeachtet von M, anders als bei
einer Sendesektorantenne, deren Sendewinkelbereich in Abhängigkeit
von der Anzahl der Sektoren variiert.
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Der
Sendeantennengewichtungs-Erzeugungsabschnitt 4 enthält einen
Richtungsvorhersageabschnitt 4a zum Vorhersagen der Richtung
eines Nutzers, an den ein Signal gesendet werden soll, einen Zeitmessabschnitt 4b zum
Messen der Zeit, einen Speicherabschnitt 4c zum Speichern
verschiedener Informationen und einen Steuerabschnitt 4d. Der
Sendeantennengewichtungs-Erzeugungsabschnitt berechnet die Sendeantennengewichtungsinformationen
(Steuerungsvektor) WO(t1) bis WO(tN) zum Bilden der Richtungsmuster mit Verstärkungen in
den Ankunftsrichtungen der Empfangssignale für jeden Sektor aus den getrennt
abgeschätzten
Empfangssignal-Ankunftsrichtungsinformationen DST.
Es bestehen keine Beschränkungen
hinsichtlich des Verfahrens zur Abschätzung der Ankunftsrichtung, wenn
die abgeschätzte
Empfangssignal-Ankunftsrichtung (abgeschätzte Empfangssignal-Ankunftsrichtungsinformationen
DST) gefunden wird. Die Beispiele schließen das
räumliche
DFT-Verfahren und das MUSIC-Verfahren
und dergleichen ein.
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Weiterhin
bestehen bei dem Sendeantennengewichtungs-Erzeugungsabschnitt 4 keine
Beschränkungen
hinsichtlich des Verfahrens zur Auswahl der Sektoren zur Erfassung
der m-ten Sektorsendeantennengewichte. Die Beispiele umfassen ein Verfahren
zur Bestimmung der Sendeantennengewichte durch Auswahl nur eines
Sektors einschließlich
einer abgeschätzten
Ankunftsrichtung des Empfangssignals, ein Verfahren zur Bestimmung
der Sendeantennengewichte durch Auswahl aller Sektoren einschließlich einer
abgeschätzten
Ankunftsrichtung des Empfangssignals, ein Verfahren zur Bestimmung
der Sendeantennengewichte durch Vorhersage der Richtung eines Nutzers
zu einem Sendezeitpunkt von einer abgeschätzten Ankunftsrichtung eines
Empfangssignals und durch nachfolgende Auswahl nur eines Sektors
einschließlich
der abgeschätzten
Richtung des Nutzers, und ein Verfahren zur Bestimmung der Sendeantennengewichte
durch Vorhersage der Richtung eines Nutzers zu einem Sendezeitpunkt
von einer abgeschätzten
Ankunftsrichtung des Empfangssignals und nachfolgende Auswahl aller
Sektoren einschließlich
der vorhergesagten Richtung des Nutzers und der gleichen.
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Bei
dem Sendeantennengewichtungs-Erzeugungsabschnitt 4 ist
es möglich,
einen Gewichtungsvorgang für
jeden der verschiedenen Sektoren durchzuführen, wenn mehrere Sektoren
ausgewählt wurden,
und die Sendeantennengewichte werden bestimmt. Wenn z. B. eine Richtung
angenähert
wird, die senkrecht zu einer geraden Linie ist, auf der die Antennenelemente
an einem Sektor angeordnet sind, für den eine abgeschätzte Ankunftsrichtung
des Empfangssignals oder der vorhergesagten Richtung des Nutzers
ausgewählt
wird, wird das dem Sektor zugeordnete Gewicht erhöht. Auf
diese Weise wird ein Kombinierungsverfahren des optimalen Verhältnisses
durchgeführt.
Es ist zu beachten, dass die unbestimmten Sendeantennengewichte
0 sind und eine Sendung nicht durchgeführt wird.
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Solange
die Ankunftsrichtung des Empfangssignals abgeschätzt wird, unterliegt das Empfangssystem
keinen Beschränkungen.
Während
des Sendens wird das Richtungsmuster unabhängig von anderen Sektoren gebildet.
Das Sendeantennengewicht für
jeden Sektor kann durch die Sendeantennengewichtungs-Erzeugungsschaltung
beliebig bestimmt werden.
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Unter
Bezug auf 4 weist ein adaptiver Sendeabschnitt 3–m einen
Sendegewichtungsabschnitt 5 und Spreizabschnitte 7–1 bis 7–N auf.
Die m-ten Sektorsendeantennengewichtungsinformationen W(tm) (Wtm–1 bis
Wmm–N)
und das Benutzersendesignal STX werden dem
adaptiven Sendeabschnitt 3–m zugeführt. Die
Antennensendesignale SA–m1 bis SA–mN werden
von jedem einzelnen Sektor ausgegeben. Der Sendegewichtungsabschnitt 5 enthält komplexe
Multiplikationsabschnitte 6–1 bis 6–N ,
die das Nutzersendesignal STX mit den Sendeantennengewichtungsinformationen
W(tm) multiplizieren. Der Sendegewichtungsabschnitt 5 erzeugt
ein Signal, das in einem Senderichtungsmuster gesendet wird, das
intrinsisch für
den Nutzer ist.
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Die
Spreizabschnitte 7–1 bis 7–N spreizen
die Ausgabe des Sendegewichtungsabschnittes 5 mit einem
Spreizkode C, um die Antennensendesignale SA–m1 bis
SA–mN zu
erzeugen. Es sei angenommen, dass der Spreizkode C ein komplexer
Kode ist, der aus zwei Kodesequenzen CI und
CQ besteht, die orthogonal zueinander sind.
Die Spreizabschnitte 7–1 bis 7–N können durch
einen einzelnen komplexen Multiplikator und eine Integrationsschaltung über ein Symbolintervall
verwirklicht werden. Die Spreizabschnitte 7–1 bis 7–N können auch
durch einen transversalen Filteraufbau mit einem Abgriffgewicht
von C durchgeführt
werden.
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Es
ist zu beachten, dass die Informationen DST über die
abgeschätzte
Ankunftsrichtung des Empfangssignals nur eine in diesem Beispiel
ist. Ein Senderichtungsmuster in einer Richtung wird für jeden
Nutzer gebildet. Es ist auch möglich,
verschiedene in 3 dargestellte Sendeantennengewichtungs-Erzeugungsabschnitte 4 vorzubereiten.
Das m-te Sektorsendeantennengewicht, das von den Sendeantennengewichtungs-Erzeugungsabschnitten 4 ausgegeben
wird, kann für
jeden Sektor aufsummiert werden, um Senderichtungsmuster zu erzeugen,
die den mehreren abgeschätzten
Ankunftsrichtungen der Empfangssignale entsprechen.
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Bei
diesem Aufbau werden die Antennenelemente 2–m1 bis 2–mN auf
einer Linie für
jeden Sektor angeordnet. Daher kann ein Richtungsmuster mit einer
hohen Sendeverstärkung, die
ungefähr
proportional mit der Anzahl der Antennenelemente ist, nahe einer
Richtung gebildet werden, die vertikal zu der Linie ist, auf der
die Antennenelemente 2–m1 bis 2–mN angeordnet
sind.
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Bei
dieser Erfindung bestehen keine Beschränkungen hinsichtlich der Kodelänge des
Spreizkodes C, das heißt
dem Spreizfaktor. Daher kann der Antennengruppensender nach der
Erfindung auf Signale angewendet werden, die mit einem Verfahren anders
als ein Kodeteilungs-Multiplexverfahren z. B. mit einem Spreizfaktor
von 1 multiplext werden.
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Weiterhin
bestehen bei dieser Erfindung keine Einschränkungen hinsichtlich des Abstands
zwischen den Antennenelementen. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen
den Antennenelementen die Hälfte
der Wellenlänge
der Trägerwelle
betragen.
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Die
Erfindung weist eine weitere, nachfolgend beschriebene Eigenschaft
auf. Es bestehen keine Einschränkungen
hinsichtlich der Anzahl der Sektoren M. Ein Beispiel ist, wie in
diesem Ausführungsbeispiel,
das Dreieck. Weiterhin bestehen keine Einschränkungen hinsichtlich der Anzahl
der Antennenelemente N, die linear auf einem Sektor angeordnet sind.
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Bei
dieser Erfindung bestehen keine Einschränkungen hinsichtlich der Anzahl
der Nutzer, zu denen gleichzeitig Signale gesendet werden. Weiterhin
bestehen keine Einschränkungen
hinsichtlich der Anzahl der Richtungen der Signale, die gleichzeitig zu
einem Nutzer gesendet werden.
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Wie
oben beschrieben, werden nach dieser Erfindung die Antennenelemente
linear auf jeder Seite eines Polygons angeordnet. Ein Signal, das
der Antenne zugeführt
wird, wird für
jede einzelne Seite gesteuert. Somit wird die Richtwikung gesteuert.
Somit kann ohne Interferenz mit anderen Nutzern ein Antennengruppensendesystem
verwirklicht werden, das eine hohe Sendeverstärkung aufweist, die proportional
zu der Anzahl der Antennenelemente ist.
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In
dieser Erfindung sind die Antennenelemente auf einer geraden Linie
auf jedem Sektor angeordnet und so kann ein Richtungsmuster mit
einer hohen Sendeverstärkung,
die ungefähr
proportional zu der Anzahl der Antennenelemente ist, nahe zu einer
Richtung gebildet werden, die vertikal zu jeder Seite oder jedem
Sektor eines Polygons ist.